ABSTRAK Penurunan produksi Bahan Bakar Minyak (BBM) akibat menurunnya sumur sumur produksi secara alamiah, memaksa kita untuk mencari sumber energy alternatif pengganti BBM. Bioetanol adalah salah satu Bahan Bakar Nabati (BBN) yang dapat menggantikan BBM. Pada penelitian ini bioetanol dibuat dari tepung sorgum yang memiliki kandungan pati cukup tinggi sehingga berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Tepung sorgum dikonversikan menjadi bioetanol melalui teknologi hidrolisis asam dan fermentasi dengan memanfaatkan Saccharomyces cerevisiae yang terkandung dalam ragi roti. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh waktu proses hidrolisis, konsentrasi tepung sorgum berbasis %Dry Substrat (DS), jenis katalis HCl 1% dan H2SO4 1%, dan volume katalis asam terhadap kadar gula dan glukosa yang dihasilkan, serta untuk mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap kadar bioetanol yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum proses hidrolisis diperoleh pada waktu 100 menit, konsentrasi tepung sorgum 30% DS dengan katalis asam klorida (HCl) 1% sebanyak 15 mL yang mengasilkan gula sebesar 160,08 g/L dan glukosa sebesar 135,66 g/L. Setelah mendapatkan parameter hidrolisis optimum, penelitian dilanjutkan dengan proses fermentasi menggunakan starter ragi roti sebanyak 5% terhadap substrat dengan nutrien NPK 0,15 g/L dan urea 0,026 g/L, pada suhu ± 300C dan pH 4-5 dengan kecepatan pengadukan 100 rpm. Perolehan bioetanol tertinggi diperoleh pada jam ke-72 sebesar 0,452% (v/v). Proses pemurnian dilakukan dengan destilasi selama 3 jam pada suhu 780C dengan kadar bioetanol sebesar 10,71%.(v/v) Hasil analisis fisik menunjukkan bahwa indeks bias dan massa jenis berturut-turut adalah 1,3382 dan 0,905 g/ml.
Katakunci :Tepungsorgum, Bioetanol, Hidrolisis, Fermentasi, Ragi Roti
ABSTRACT The decline of fuel oil (BBM) production is due to production wells decrease by nature, this forces us to look for another sources of alternative fuel. Bioethanol is one of Biofuel (BBN) that can replace fuel oil (BBM) consumption. In this research, bioethanol is made from starch sorghum that has a high starch content and is potential to be used as raw material for making bioethanol. Starch sorghum is converted into ethanol using acid hydrolysis and fermentation technology utilizing Saccharomyces cerevisiae which exists in baker's yeast. The purpose of this research is to determine the effect of the hydrolysis process, including the concentration of starch sorghum with base of %Dry Substrate (DS). Type of catalyst used are HCl 1% and H2SO4 1%, and the volume of the acid catalys to glucose and sugar production, and to determine the effect of fermentation time to bioethanol production. From the research results, can be seen that the optimum conditions of hydrolysis process was reached at the time of 100 minutes, the concentration of starch sorghum 30% DS, catalyst hydro chloric acid (HCl) 1% as much as 15 mL which produced 160,08 g/L sugar and 135,66 g/L glucose. After obtaining the optimum parameters of hydrolysis, the research is followed by a fermentation process using baker’s yeast starter as much as 5% of the substrate with nutrients NPK 0,15 g/L and urea 0,026 g/L, at a temperature of ± 300C and pH 4-5 with of mixing speed of 100 rpm. The highest bioethanol yield was obtained at the 72 hour with amount of 0,452% (v/v). Purification process carried out by distillation for 3 hours at 780C with agrade of 15,69% (v/v) bioethanol. Physical analysis results show that the bioetanol product in this research has refractive index 1,3382 and density of 0,905 g/mL.
Keyword: Starch Sorghum, Bioethanol, Hydrolisis, Fermentation, Baker’s Yeast
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.Wb.
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini yang berjudul ” Optimasi Proses Hidrolisis dan
Fermentasi Tepung Sorgum (Sorghum bicolor, L Moench) Sebagai Bahan
Baku Pembuatan Bioetanol”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan mahasiswa tingkat akhir Program Diploma III JurusanTeknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Selama penelitian dan penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat motivasi, bimbingan, petunjuk, bantuan dan yang paling utama adalah do’a dari berbagai pihak, sehingga semuanya dapat berjalan dengan lancar. Untuk itu, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya antara lain kepada : 1. Dianty Rosirda Dewi K, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan arahan, masukan, dukungan, dan bimbingan selama masa penelitian, dan penulisan Tugas Akhir. 2. Ir. Endang Kusumawati, M.T. selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan arahan, masukan, dukungan, dan bimbingan selama masa penelitian, dan penulisan Tugas Akhir. 3. Ir. Dwi Nirwantoro Nur, M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. 4. Rispiandi, S.T., M.T. selaku koordinator Tugas Akhir 5. Bapak dan Ibu kami yang selalu memberikan doa serta dukungan sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. 6. Seftyan Hidayat dan Rizki Erdy Herdian yang selalu membantu dan memberikan doa serta dukungan. 7. Lembaga Umar Bin Khattab yang selalu memberikan doa serta dukungan.
8. Abah Sorgum yang telah membantu menyediakan bahan baku dalam penelitian ini.
9. Seluruh staf dan teknisi yang telah membantu penulis dalam pelaksanaan Tugas Akhir serta pihak yang terkait yang tidak dapat penulis sebutkan satu
per satu.
Penulis menyadari akan keterbatasan kemampuan dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini, sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat untuk berbagai pihak.
Wassalamu’alaikum Wr.Wb
Bandung, Juli 2012
Penulis
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN........................................................................... ABSTRAK ..........................................................................................................
i
ABSTRACT ........................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii DAFTAR ISI .......................................................................................................
v
DAFTAR TABEL ............................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................
1
1.1
Latar Belakang .................................................................................
1
1.2
Tujuan...............................................................................................
4
1.3
Ruang Lingkup................................................... ..............................
5
1.4
Tahap Penelitian..............................................................................
1.5
Sistematika Penulisan.......................................................................
7
BAB II TINJAUAN PUSTAKA.........................................................................
9
2.1
Tanaman Sorgum ............................................................................
6
9
2.1.1 Biji Sorgum .......................................................................... 11 2.1.2 Pati Sorgum ......................................................................... 13 2.2
Hidrolisis ......................................................................................... 15 2.2.1 Hidrolisis Asam ................................................................... 16 2.2.2 Hidrolisis Enzimatis ............................................................ 17
2.3
Bioetanol ......................................................................................... 18 2.3.1 Fermentasi ........................................................................... 20 2.3.2 Pemurnian Bioetanol ........................................................... 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................................... 25 3.1
Kerangka Percobaan ....................................................................... 26 3.1.1 Persiapan Bahan Baku ......................................................... 26 3.1.2 Penentuan Kondisi Optimum Proses Hidrolisis .................. 26 3.1.3 Penentuan Kondisi Optimum Proses Fermentasi ................ 29 3.1.4 Proses Pemurnian dan Analisis ........................................... 31
3.2. Rancangan Percobaan ..................................................................... 32
3.3
Peralatan dan Bahan ........................................................................ 33
3.4
Analisis Hasil .................................................................................. 34
IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 35 BAB
4.1
Tahap Persiapan .............................................................................. 35 4.1.1 Penyeragaman Ukuran Tepung Sorgum .............................. 35
4.1.2 Pengeringan Tepung Sorgum .............................................. 35
4.2
Tahap Hidrolisis Asam .................................................................... 36 4.2.1 Pengaruh Waktu Hidrolisis Terhadap Konsentrasi Gula dan Glukosa ........................................................................ 36
4.2.2 Pengaruh Konsentrasi Tepung Sorgum Terhadap Konsentrasi Gula dan Glukosa ........................................... 38 4.2.3 Pengaruh Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Gula dan Glukosa ........................................................................ 39 4.2.4 Pengaruh Volume Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Gula dan Glukosa ............................................................... 41 4.3
Tahap Fermentasi ............................................................................. 43 4.3.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Produk Etanol ...... 43
4.4
Tahap Destilasi....................................................................... .......... 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 47 5.1
Kesimpulan ...................................................................................... 47
5.2
Saran
.... ............................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................
x
LAMPIRAN A (DATA PENELITIAN DAN PERHITUNGAN) ..................... A-1 LAMPIRAN B (PROSEDUR KERJA PENELITIAN) ..................................... B-1 LAMPIRAN C (PROSEDUR PENGOPERASIAN PERALATAN) ................ C-1 LAMPIRAN D (GAMBAR) .............................................................................. D-1
DAFTAR TABEL
1.1 Sumber, hasil panen dan rendemen alkohol sebagai hasil konversi Tabel
2
Tabel 1.2 Hasil analisis kandungan biji sorgum...............................................
3
Tabel 2.1 Kandungan Kimia Biji Sorgum....................................................... 12 Tabel 2.2` Komposisi Amilosa dan Amilopektin ........................................... .. 15
Tabel 2.3 Sifat Kimia Bioetanol ....................................................................... 19 2.4 Spesifikasi Standar Bioetanol Terdenaturasi Untuk Gasohol .......... 20 Tabel
Tabel 3.1 Rancangan Matriks Percobaan ......................................................... 33 Tabel 3.2 Daftar Peralatan ................................................................................ 33 Tabel 3.3 Daftar Bahan .................................................................................... 34
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Sorgum ........................................................................................
Gambar 2.2
Daerah Persebaran Sorgum di Dunia .......................................... 10
Gambar 2.3
Diagram Biji Sorgum .................................................................. 11
Gambar 2.4
Struktur Amilosa ......................................................................... 14
9
Gambar 2.5
Struktur Amilopektin ................................................................... 14
Gambar 2.6
Mekanisme Reaksi Hidrolisis Asam ........................................... 17
Gambar 2.7
Khamir Saccharomyces Cerevisiae ............................................. 22
Gambar 3.1
Diagram Alir Kerangka Percobaan ............................................. 25
Gambar 3.2
Diagram Alir Persiapan Bahan Baku .......................................... 26
Gambar 3.3
Diagram Alir Penentuan Kondisi Optimum Hidrolisis Tepung Sorgum ........................................................................... 27
Gambar 3.4
Diagram Alir Pembuatan Starter ................................................. 30
Gambar 3.5
Diagram Alir Proses Produksi Bioetanol .................................... 31
Gambar 4.1
Kurva Pengaruh Waktu Hidrolisis Terhadap Konsentrasi Gula dengan Metode Analisis Brix ............................................ 36
Gambar 4.2
Kurva Pengaruh Waktu Hidrolisis Terhadap Konsentrasi Glukosa dengan Metode Analisis DNS ..................................................... 37
Gambar 4.3
Kurva Pengaruh Konsentrasi Tepung Sorgum Terhadap Konsentrasi Gula dengan Metode Analisis Brix ......................... 38
Gambar 4.4
Kurva Pengaruh Konsentrasi Tepung Sorgum Terhadap Konsentrasi Glukosa dengan Metode Analisis DNS ................... 38
Gambar 4.5
Kurva Pengaruh Jenis Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Gula dengan Metode Analisis Brix ..................................................... 40
Gambar 4.6
Kurva Pengaruh Jenis Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Glukosa dengan Metode Analisis DNS ...................................... 41
Gambar 4.7
Kurva Pengaruh Volume Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Gula dengan Metode Analisis Brix ........................ 42
Gambar 4.8
Kurva Pengaruh Volume Katalis Asam Terhadap Konsentrasi Glukosa dengan Metode Analisis DNS ...................................... 42
Gambar 4.9
Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Kadar Etanol ..... 43
Gambar 4.10 Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Penurunan
Konsentrasi Gula ......................................................................... 45
Gambar 4.11 Kurva Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Penurunan Konsentrasi Glukosa .................................................................... 45
DAFTAR PUSTAKA
Alamsyah.2007.Produksi Bioetanol Dari Biji Sorgum (Sorghum biocolor, L
Moech)
Fermentasi
Sebagai
Bahan
Bakar
Alternatif.Makassar:Politeknik Negeri Ujung Pandang. Anonim.2010.Pemanfaatan Tanaman Sorghum Untuk Pembuatan Bioethanol
Melalui Proses Hidrolissi Enzim dan Fermentasi Saccharomyces cerevisiae. (online).
Secara
http://digilib.its.ac.id/ITS-Research-3100010082601/12266
(12
Maret 2012).
Anggriani, Dini dan Erika Ariane Susilo.2011. Hidrolisis Biji Sorgum Menjadi Bioetanol Menggunakan NaoH – Papain Dengan Metode Sakarifikasi dan Fermentasi Simultan.Surabaya:Institut Teknologi Sepuluh November. Ardi,Wahyu Raditya.2009.Pemurnian Etanol Dari Fermentasi Tape Ubi Kayu (Manihot Utilissima) (Kajian Suhu dan Lama Waktu Destilsai) (online). http://elibrary.ub.ac.id/handle/123456789/30314. (9 Juni 2012). Assegraf, Faisal.2009. Prospek Produksi Bioetanol Bonggol Pisang (Musa paradisiacal)
Menggunakan
Enzimatis.Semarang
:
Metode
Universitas
Hidrolisis
Jenderal
Asam
Soedirman
dan
(online).
http://hierofredy.files.wordpress.com (13 Maret 2012). Badan Standarisasi Nasional Indonesia.2008.Bioetanol Terdenaturasi Untuk Gasohol. Eka,Agustinus dkk.2008.Pembuatan Bioethanol dari Nira Siwalan Secara Fermentasi
Fese
Cair
Menggunakan
Fermipan.Semarang:Universitas
Dipenogoro. Endah,R dkk.2007.Kinetika Reaksi Tepung Sorgum dengan Katalis Asam Klorida (HCl).Surakarta:Universitas Sebelas Maret. Farabi,Aldian.(2011).Pengembangan Desa Sorgum (Sorghum bicolor, L) Mandiri Sebagai Solusi Krisis Pangan, Energi, dan Pakan di Daerah Lahan Kering di Indonesia.Bogor:Institut Pertanian Bogor.
Fairus,Sirin.2010.Pengaruh Konsentrasi HCL dan Waktu Hidrolisis Terhadap Perolehan
Glukosa
yang
Dihasilkan
dari
Pati
Biji
Nangka.Yogyakarta:Institut Teknologi Nasional.
Hananto
Putro,Agung N dan Sherviena
Amanda Ardhiany.2010.Proses
Pengambilan Kembali Bioetanol Hasil Fermentasi Dengan Metode Adsorpsi
Hidophobik.Semarang:Universitas Dipenogoro.
Herdiawan, Lucky dan Rika Nita Utami. 2008. Pembuatan Bioetanol dari
Singkong. Bandung : Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung.
Komarayati, Sri & Gusmailina.2010. Prospek Bioetanol Sebagai Pengganti
Minyak Tanah.Bogor:Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Laimeheriwa,Jantje.1990.Teknologi Budidaya Sorgum.Irian Jaya:Balai Informasi Pertanian Provinsi Irian Jaya. Machbubatul.2008.Pembuatan Kaldu dari Kepala Ikan Tuna dengan Cara Hidrolisis Asam (Kajian Penambahan Air dan pH).Malang:Universitas Brawijaya. Mastuti,Endang.2010.Pengaruh Temperatur dan Konsentrasi Katalis Pada Reaksi Hidrolisis Tepung Kulit Ketela Pohon.Surakarta:Universitas Negeri Sebelas Maret. Perry,Robbery H. Dan Don W. Green. Perry’s Chamical Engineers Handbook. Puspitasari,Winda.(2011).Pendugaan Parameter Genetik dan Seleksi Karakter Agronomi dan Kualitas Sorgum di Lahan Masam.Bogor:Institut Pertanian Bogor. Rahmi E, Silvia dan Tri P, A.2009.Pembuatan Etanol Dari Sorgum (Shorghum Bicolor l. Moench) Melalui Hidrolisis Enzimatik Diikuti Fermentasi Menggunakan Saccharomyces Cerevisiae.Surabaya:Laboratorium Teknologi Biokimia Institut Teknologi Sepeluh November. Rikana, Heppy dan Risky Adam.2009. Pembuatan Bioetanol Dari Singkong Secara
Fermentasi
Dipenogoro.
Menggunakan
Ragi
Tape.Semarang:Universitas
Rosadi,Dadang dkk.2010. Optimasi Proses Hidrolisis Biji Sorgum untuk Fermentasi Bioetanol dan Pemanfaatan Komponen Padatannya.Balai Besar
Teknologi Pati Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi.
Soeranto.
Pemuliaan
Tanaman
Sorgum
di
Patir-Batan
http://www.batan.go.id/patir/berita/pert/sorgum/sorgum.html.
(online).
(12
Maret
2012).
Suryanto,Edi dkk.1999.Distilasi Fraksinasi Alkohol dari Nira Aren Sebagai
Model
Teknologi
Tepat
Guna
Pedesaan.(online).
http://naufalpulsa.xp3.biz/tag/edi-suryanto-et-al-aren-indonesia.
(9
Juni
2012). Waktyajati,Parmadi.2006.Pengaruh Waktu Hidrolisis dan Konsentrasi HCL Terhadap Nilai Dextrose Equivalent (DE) dan Karakterisasi Mutu Pati Termodifikasi
dari
Pati
Tapioka
dengan
Metode
Hidrolisis
Asam.Bogor:Institut Pertanian Bogor: Wahono,Krido Satriyo dkk.2011).Laju Pertumbuhan Saccharomyces cerevisiae Pada Proses Fermentasi Pembentukan Bioetanol dari Biji Sorgum( Sorghum Bicolor L).Surakarta:Seminar Rekayasa Kimia dan Proses Universitas Sebelas Maret. Wazir,Ibnu.2011.Laporan Resmi Praktikum Kimia Organik Analisis Pati. (online). file:///D:/KULIAH/semester%206/TA/bioetanol/ref%20oke/Tinjauan%20pustaka/ib nu%20wzir%202011.html. (9 Juni 2012)
Widyastuti,Endang dan Dianty Rosirda.2010.Pembuatan Glukosa dari Pati (Starch)
Secara
Hidrolisis
Kimiawi
(online).
http://matekim.blogspot.com/2010/05/hidrlisa-pati.html.( 9 Juni 2012). Yuliana,Eka.2011.Produksi Bioetanol dari Empulur Sagu Menggunakan Enzin dan Khamir dari Isolat Lokal.Bogor:Institut Pertanian Bogor.
Nama
: Debby Nur Adrianti
Tempat,Tanggal Lahir : Bandung,17 Desember 1991
No. Telepon
: 082119175656
E-mail
:
[email protected]
Riwayat Pendidikan
: 2009-2012 Politeknik Negeri Bandung
2006-2009 SMAN I Bandung 2003-2006 SMPN 15 Bandung
1997-2003 SDN Sukajadi 8 Bandung
Nama
: Retni Astrini
Tempat,Tanggal Lahir : Bandung,18 November 1990 No. Telepon
: 085795088658
E-mail
:
[email protected]
Riwayat Pendidikan
: 2009-2012 Politeknik Negeri Bandung 2006-2009 SMAN I Margahayu 2003-2006 SMPN I Pasirjambu 1997-2003 SDN I Cisondari
